Dijital dönüşüm dünyayı hiç olmadığı kadar hızlı değiştiriyor. Dijital çağın temel kavramlarını öğrenmek, mevcut modelleri şaşırtıcı bir hız ve güçle dönüştürebilen başka bir yeni teknoloji dalgasının yakında gelmesiyle daha da kritik hale gelecek: kuantum hesaplama.
Bu makalede, geleneksel hesaplama ve kuantum hesaplamanın temel kavramlarını karşılaştırıyoruz ve bunların farklı alanlardaki uygulamalarını keşfetmeye başlıyoruz.
Kuantum özellikleri nelerdir?
Tarih boyunca insanlar, doğanın işleyişini bilim yoluyla anlamaya başladıkları için teknoloji geliştirdiler. 1900'ler ve 1930'lar arasında, henüz tam olarak anlaşılmayan bazı fiziksel fenomenlerin incelenmesi, yeni bir fiziksel teoriye yol açtı: Kuantum Mekaniği. Bu teori, mikroskobik dünyanın işleyişini, moleküllerin, atomların ve elektronların doğal yaşam alanını tanımlar ve açıklar.
Sadece bu fenomenleri açıklamakla kalmamış, aynı zamanda atom altı gerçekliğin tamamen mantık dışı, neredeyse sihirli bir şekilde çalıştığını ve mikroskobik dünyada, evrende meydana gelmeyen olayların gerçekleştiğini anlamayı mümkün kılmıştır. makroskopik dünya.
Bu kuantum özellikleri arasında kuantum süperpozisyonu, kuantum dolaşıklığı ve kuantum ışınlanma bulunur.
- Kuantum süperpozisyonu bir parçacığın aynı anda nasıl farklı durumlarda olabileceğini açıklar.
- Kuantum dolaşımı iki parçacığın nasıl "dolaşık" bir duruma getirilebileceğini ve bundan sonra fiziksel mesafelerine rağmen neredeyse aynı şekilde aynı şekilde tepki verebileceğini anlatıyor. Başka bir deyişle, istenildiği kadar ayrı yerleştirilebilirler ve biri ile etkileşime girdiğinde diğeri de aynı etkileşime tepki verir.
- Kuantum ışınlanması uzayda seyahat etmeye gerek kalmadan uzayda bir yerden diğerine bilgi göndermek için kuantum dolaşıklığı kullanır.
Kuantum hesaplama, atom altı doğanın bu kuantum özelliklerine dayanır.
Bu durumda, bugünün mikroskobik dünyayı Kuantum Mekaniği aracılığıyla anlamamız, insanların yaşamlarını iyileştirebilecek teknolojiler icat etmemize ve tasarlamamıza izin veriyor. Kuantum fenomenlerini kullanan birçok farklı teknoloji vardır ve bunlardan bazıları, örneğin lazerler veya manyetik rezonans görüntüleme (MRI), yarım yüzyıldan fazla bir süredir kullanılmaktadır.
Kuantum hesaplama nedir?
Kuantum bilgisayarların nasıl çalıştığını anlamak için öncelikle her gün kullandığımız, bu makalede dijital veya klasik bilgisayarlar olarak anılan bilgisayarların nasıl çalıştığını açıklamakta fayda var. Bunlar, tabletler veya cep telefonları gibi diğer tüm elektronik cihazlar gibi, temel bellek birimleri olarak bitleri kullanır. Bu, programların ve uygulamaların bitlerle, yani sıfırlar ve birlerden oluşan ikili bir dilde kodlandığı anlamına gelir.
Bu cihazlardan herhangi biriyle, örneğin klavyedeki bir tuşa basarak her etkileşime girdiğimizde, bilgisayar içinde sıfır ve bir dizileri oluşturulur, yok edilir ve/veya değiştirilir.
İlginç olan soru, bilgisayarın içindeki bu sıfırlar ve birler fiziksel olarak nedir? Bitlerin sıfır ve bir durumları, anahtar görevi gören transistör adı verilen mikroskobik parçalar aracılığıyla akan veya geçmeyen elektrik akımına karşılık gelir. Akım olmadığında, transistör "kapalı"dır ve bit 0'a karşılık gelir ve akarken "açık" olur ve bit 1'e karşılık gelir.
Daha basitleştirilmiş bir biçimde, sanki 0 ve 1 bitleri deliklere karşılık gelir, böylece boş bir delik biraz 0 ve bir elektron tarafından işgal edilen bir delik biraz 1'dir. Artık günümüz bilgisayarlarının nasıl çalıştığına dair bir fikrimiz var. , kuantum bilgisayarların nasıl çalıştığını anlamaya çalışalım.
Bitlerden kübitlere
Kuantum hesaplamadaki temel bilgi birimi kuantum biti veya kübittir. Qubit'ler, tanım gereği, bitler gibi düşük seviyede olabilen ve 0 olarak tanımlanan düşük uyarılma veya enerji durumuna karşılık gelen iki seviyeli kuantum sistemleridir; veya daha yüksek bir uyarılma durumuna karşılık gelen veya 1 olarak tanımlanan yüksek seviyede.
Bununla birlikte, klasik hesaplama ile temel fark burada yatmaktadır, kübitler ayrıca 0 ile 1 arasındaki sonsuz sayıda ara durumdan herhangi birinde olabilir, örneğin yarı 0 ve yarı 1 veya 0'ın dörtte üçü ve bir çeyrek olan bir durum gibi. of 1. Bu fenomen kuantum süperpozisyonu olarak bilinir ve kuantum sistemlerinde doğaldır.
Kuantum algoritmaları: Katlanarak daha güçlü ve verimli bilgi işlem
Kuantum bilgisayarların amacı, klasik olanlardan çok daha fazla işlem gücü sunmak için süperpozisyon ve dolaşıklığı kullanan kuantum algoritmalarını çalıştırabilmek için kuantum sistemleri olarak kübitlerin bu kuantum özelliklerinden yararlanmaktır.
Gerçek paradigma değişiminin, dijital veya klasik bilgisayarların -mevcut olanların- yaptığının aynısını yapmaktan değil, birçok makalenin hatalı olarak iddia ettiği gibi daha hızlı yapmaktan ibaret olduğunu, aksine kuantum algoritmalarının belirli işlemlerin yapılmasına izin verdiğini belirtmek önemlidir. tamamen farklı bir şekilde gerçekleştirilen; bu genellikle daha verimlidir -yani, çok daha kısa sürede veya çok daha az hesaplama kaynağı kullanarak-.
Bunun ne anlama geldiğine dair somut bir örneğe bakalım. San Francisco'da olduğumuzu ve oraya gitmek için milyonlarca seçenek arasından New York'a giden en iyi yolun hangisi olduğunu bilmek istediğimizi düşünelim (N=1,000,000). Bilgisayarları en uygun rotayı bulmak için kullanabilmek için 1,000,000 seçeneği sayısallaştırmamız gerekir; bu da klasik bilgisayar için bit diline ve kuantum bilgisayar için kübitlere çevrilmeleri anlamına gelir.
Klasik bir bilgisayarın, istenen yolu bulana kadar tüm yolları tek tek geçmesi gerekirken, bir kuantum bilgisayar, esasen tüm yolları bir kerede ele almasına izin veren kuantum paralelliği olarak bilinen bir süreçten yararlanır. Bu, kullanılan kaynakların optimizasyonu nedeniyle kuantum bilgisayarın optimal rotayı klasik bilgisayardan çok daha hızlı bulacağı anlamına gelir.
Hesaplama kapasitesindeki farklılıkları anlamak için, n kübit ile 2 ile mümkün olanın eşdeğerini yapabiliriz.n bit. Genellikle yaklaşık 2 ile söylenir.70 Kübitler, bir kuantum bilgisayarda, evrendeki yaklaşık 2 olduğu tahmin edilen atom sayısından daha fazla temel duruma - daha farklı ve eşzamanlı karakter dizilerine - sahip olabilirsiniz.80. Başka bir örnek, 2000 ila 2500 kübitlik bir kuantum bilgisayarla, günümüzde kullanılan tüm kriptografiyi (ortak anahtar kriptografisi olarak bilinir) hemen hemen kırabileceğinizin tahmin edilmesidir.
Kriptografi söz konusu olduğunda, kullanmanın sayısız avantajı vardır. kuantum hesaplama. Eğer iki sistem tamamen birbirine dolanmışsa, bu onların birbirleriyle bağıntılı oldukları anlamına gelir (yani biri değiştiğinde diğeri de değişir) ve hiçbir üçüncü taraf bu korelasyonu paylaşmaz.
Paket
Blockchain, yapay zeka, insansız hava araçları, Nesnelerin İnterneti, sanal gerçeklik, 5G, 3D yazıcılar, robotlar veya özerk araçlar birçok alanda ve sektörde giderek daha fazla yer almaktadır.
Gelişimi hızlandırarak ve toplumsal etki yaratarak insan yaşam kalitesini artırmaya yönelik bu teknolojiler günümüzde paralel olarak ilerlemektedir. Blockchain ve IoT veya drone'lar gibi bu teknolojilerin iki veya daha fazlasının kombinasyonlarından yararlanan ürünler geliştiren şirketleri nadiren görüyoruz. yapay zeka.
Yakınsamaya ve dolayısıyla katlanarak daha fazla etki yaratmaya mahkum olsalar da, içinde bulundukları erken gelişme aşaması ve geliştiricilerin ve teknik geçmişe sahip kişilerin azlığı, yakınsamaların hala bekleyen bir görev olduğu anlamına gelir.
Yıkıcı potansiyelleri nedeniyle, kuantum teknolojilerinin yalnızca tüm bu yeni teknolojilerle yakınsaması değil, aynı zamanda neredeyse tümü üzerinde geniş bir etkiye sahip olması bekleniyor. Kuantum hesaplama siber güvenlik veya blok zinciri gibi kriptografinin daha alakalı bir rol oynadığı teknolojiler üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olarak, verilerin kimlik doğrulamasını, alışverişini ve güvenli depolanmasını tehdit edecektir.
Yorum bırak